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第八章典型的液壓與氣壓傳動系統(tǒng)第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 液壓與氣動技術(shù)主講教師 莫秋云 1 第八章典型的液壓與氣壓傳動系統(tǒng) 通常 機器或機械設(shè)備中的液壓與氣壓傳動部分稱為液壓與氣壓傳動系統(tǒng) 當(dāng)機器或設(shè)備的工作主體是用液壓或氣壓來傳動時 則它稱為液壓與氣壓設(shè)備 閱讀和分析液壓與氣動傳動系統(tǒng)圖的大致步驟和方法是 1 了解設(shè)備的用途及對液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的要求 2 初步瀏覽各執(zhí)行元件的工作循環(huán)過程 所含元件的類型 規(guī)格 性能 功用和各元件之間的關(guān)系 3 分析每一執(zhí)行元件的子系統(tǒng) 搞清楚基本回路參照動作順序表讀懂子系統(tǒng) 4 分析各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系 并讀懂在系統(tǒng)中是如何實現(xiàn) 5 在全面讀懂系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 歸納總結(jié)整個系統(tǒng)有哪些特點 以便加深對系統(tǒng)的理解 2 本章主要內(nèi)容 1 YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)2 氣壓傳動機械手氣壓系統(tǒng)83 剪板機液壓系統(tǒng)4 Q 2型汽車起重機液壓系統(tǒng) 3 概述 組合機床是適用于大批大量零件加工的一種金屬切削機床 組合機床能完成鉆 擴 鉸 鏜 銑 攻絲等加工工序 動力滑臺是組合機床的通用部件 根據(jù)加工工藝要求 可在滑臺臺面上安裝動力箱 多軸箱及各種專用切削頭等動力部件 按一定動作循環(huán)完成進給運動 動力滑臺有機械和液壓兩類 由于液壓動力滑臺的機械結(jié)構(gòu)簡單 配上電器后實現(xiàn)進給運動的自動工作循環(huán)容易 又可以方便地對工進速度進行調(diào)節(jié) 因此它的應(yīng)用比較廣泛 4 8 1YT4543型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的工作原理 1 YT4543型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的工作原理YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)工作原理動畫滑臺動作循環(huán) 快進 一工進 二工進 停留 快退 原位停止 5 2 YT4543型動力滑臺液壓系統(tǒng)控制元件的動作順序表如下 電磁鐵 壓力繼電器和行程閥動作順序表根據(jù)以上液壓系統(tǒng)不同工作循環(huán)時的回路 得到相應(yīng)的進油路和回油路 控制元件動作順序 1 快進進油路 過濾器泵14單向閥13液動換向閥12左位行程閥8液壓缸7左腔回油路 液壓缸7右腔液動換向閥12左位單向閥3行程閥8液壓缸7左腔2 第一工進進油路 過濾器泵14單向閥13液動換向閥12左位調(diào)速閥4電磁換向閥9右位液壓缸7左腔 6 回油路 液壓缸7右腔液動換向閥12左位液壓順序閥2背壓閥1油箱3 第二次工進第二次工作進給的油路基本與第一次工作進給的油路相同 不同的是當(dāng)?shù)谝淮喂ぷ鬟M給到指定位置時 滑臺上行程擋鐵壓下行程開關(guān) 發(fā)出電信號使電磁鐵3YA得電 電磁換向閥9左位接入油路 這時液壓油必須通過調(diào)速閥4和調(diào)速閥10進入液壓缸7的左腔 回油路和第一次工作進給完全相同 4 死擋鐵停留當(dāng)滑臺完成第二次工作進給后 碰上死擋鐵 滑臺停止運動 使液壓缸7左腔壓力升高 當(dāng)壓力升高到根據(jù)工藝要求的壓力繼電器5的調(diào)定值時 壓力繼電器發(fā)出信號給時間繼電器 使滑臺在死擋鐵停留一定時間后再開始下一動作 停留時間由時間繼電器來調(diào)定 7 5 快退滑臺停留時間結(jié)束后 時間繼電器發(fā)出滑臺快退信號 使電磁鐵1YA斷電 2YA通電 先導(dǎo)電磁閥右位接入系統(tǒng) 液動換向閥右位也接入系統(tǒng) 進油路過濾器泵14單向閥13液動換向閥12右位液壓缸7右腔回油路液壓缸7左腔單向閥6閥液動換向12右位油箱6 原位停止滑臺快速退回到原位 擋塊壓下行程開關(guān) 發(fā)出信號 使電磁鐵1YA 2YA和3YA全部斷電 先導(dǎo)電磁閥11和液動換向閥12處在中位 滑臺停止運動 此時液壓泵輸出的液壓油經(jīng)單向閥13和液動換向閥12中位流回油箱 在低壓下卸荷 維持低壓為了下次啟動時能使液動換向閥12動作 8 3 YT4543型組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的特點1 采用了限壓式變量泵和調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速回路 保證了穩(wěn)定的低速運動 有較好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍 回油路上的背壓閥使滑臺能承受負(fù)值負(fù)載 2 采用了限壓式變量泵和液壓缸的差動連接實現(xiàn)快進 能量利用合理 3 采用了行程閥和順序閥實現(xiàn)快進和工進的換接 動作可靠 轉(zhuǎn)換位置精度高 4 采用了三位五通M型中位機能的電液換向閥換向 提高了換向平穩(wěn)性 減少了能量損失 9 8 2氣壓傳動機械手氣壓系統(tǒng) 氣壓傳動在工業(yè)機械手 特別是在高速機械手中應(yīng)用較多 它的壓力一般在0 4 0 6MPa之內(nèi) 個別的氣壓系統(tǒng)的壓力可達0 8 1 0MPa 其臂力壓力一般在3 0MPa以下 下面介紹160t冷壓機上氣壓傳動機械手 氣壓傳動機械手結(jié)構(gòu)示意圖氣壓傳動機械手氣壓系統(tǒng)的工作原理動畫氣壓傳動機械手氣壓系統(tǒng)的特點 1 不用增速機構(gòu)即能獲得較高的運動速度 使其能快速自動完成上料 下料動作 2 結(jié)構(gòu)簡單 剛性好 成本低 3 對環(huán)境無污染 對管路要求低 4 驅(qū)動立柱旋轉(zhuǎn)的氣缸采用氣液聯(lián)動缸 10 8 3剪板機液壓系統(tǒng) 剪板機主要用于剪裁金屬板 目前大 中型剪板機主傳動系統(tǒng)一般采用液壓傳動 剪板機主要動作是 主液壓缸帶動刀片運動對板料進行剪切 其輔助動作有壓料腳壓住板料 防止剪切時產(chǎn)生的力矩使鋼板翹起 剪切后托料球抬起 以減小養(yǎng)料時的磨擦力等 剪板機液壓系統(tǒng)工作原理動畫液壓系統(tǒng)的特點 1 液壓系統(tǒng)采用了插裝閥 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 動作快 沖擊小 2 在壓力調(diào)節(jié)回路中采用了兩級調(diào)壓回路 并可實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的卸荷 節(jié)省功率 3 由四組插裝閥和電磁換向閥組成的換向回路可實現(xiàn)一個三位五通閥的功能 11 8 4汽車起重機液壓系統(tǒng)1 概述 Q2 8汽車起重機由汽車1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)2 前后支腿3 吊臂變幅缸4 吊臂伸縮缸5 起升機構(gòu)6和基本臂7組成 能較高速度行走 機動性好 又能用于起重 起重時 動作順序為 放下后支腿 放下前支腿 調(diào)整吊臂長度 調(diào)整吊臂起重角度 起吊 回轉(zhuǎn) 落下載重 收前支腿 收后支腿 起吊作業(yè)結(jié)束 12 上車部分 下車部分 回轉(zhuǎn)接頭 變幅 起升 伸縮 回轉(zhuǎn) 前肢退 后肢腿 2 Q2 8起重機液壓系統(tǒng)工作原理圖 13 3 Q2 8汽車起重機液壓系統(tǒng)特點 1 這是多路換向閥控制系統(tǒng) 油路為串聯(lián)油路 各執(zhí)行元件可以單動 也可以同時動作2 支腿回路采用了雙向液壓鎖 可防止發(fā)生 軟腿 和支腿自行下落的現(xiàn)象 3 在起升 吊臂伸縮和變幅回路中都設(shè)有平衡閥 可有效地防止重物因自重自行下落 4 起升馬達上設(shè)有制動缸 可防止馬達因泄漏嚴(yán)重而產(chǎn)生 溜車 現(xiàn)象 14 第九章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 設(shè)計計算步驟1明確設(shè)計要求2進行工況分析3確定pq和排量4擬訂系統(tǒng)草圖5選擇元件附件6系統(tǒng)性能驗算7完成圖紙文件 15 本章的主要內(nèi)容 1 明確設(shè)計要求 進行工況分析2 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定3 系統(tǒng)原理圖的確定4 元件的計算和選擇5 系統(tǒng)性能驗算6 繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件7 系統(tǒng)設(shè)計計算舉例 16 1 明確設(shè)計要求設(shè)計要求地任何設(shè)計的依據(jù) 液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計時要明確液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的動作和性能要求 這里一般需要考慮以下幾個方面 1 設(shè)備中液壓與氣壓傳動的運動及各執(zhí)行機 2 裝置的空間布置 安裝形式 重量 外形尺寸的限制等 3 執(zhí)行機構(gòu)的載荷形式和大小 4 運動速度及其范圍 對平穩(wěn)性的要求 5 各執(zhí)行機構(gòu)的動作 相互關(guān)系及操作 6 自動化程度 效率 溫升 安全保護 制造成本等要求7 工作環(huán)境方面的要求 9 1明確設(shè)計要求 進行工況分析 17 對于元件的工況進行分析 就是查明每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的速度和負(fù)載的變化規(guī)律 通常是求出一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度和負(fù)載值列表表示 一般情況下 液壓傳動系統(tǒng)中液壓缸承受的負(fù)載由六部分組成 即工作負(fù)載 導(dǎo)軌摩擦負(fù)載 慣性負(fù)載 重力負(fù)載 密封負(fù)載 背壓負(fù)載 前五項構(gòu)成了液壓缸所要克服的機械總負(fù)載 1 工作負(fù)載對于液壓機來說 工件的壓制抗力為工作負(fù)載 對于金屬切削機床來說 沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載 2 導(dǎo)軌摩擦負(fù)載平導(dǎo)軌 V形導(dǎo)軌 式中 摩擦系數(shù)G 運動部件的重力 垂直導(dǎo)軌的工作負(fù)載 V形導(dǎo)軌面的夾角 一般 2 執(zhí)行元件的工況分析 18 19 執(zhí)行元件的主要參數(shù)是指其工作壓力和最大流量 液壓傳動系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件形式可視主機所要實現(xiàn)的運動種類和性質(zhì)而定 如下表 9 2執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定 20 根據(jù)實際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?執(zhí)行元件工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載的大小或主機設(shè)備類型選取 可參照下表 氣壓傳動控制系統(tǒng)的工作壓力一般為0 5MPa左右 按負(fù)載選擇工作壓力各種設(shè)備常用系統(tǒng)工作壓力 1 初選執(zhí)行元件的工作壓力 21 1 液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸2 液壓馬達主要參數(shù)的確定3 復(fù)算執(zhí)行元件的工作壓力執(zhí)行元件背壓的估計值 2 確定執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 22 4 執(zhí)行元件的工況圖 機床進給液壓缸工況流量循環(huán)圖壓力循環(huán)圖功率循環(huán)圖 23 9 3系統(tǒng)原理圖的確定 系統(tǒng)原理圖是表示系統(tǒng)的組成和工作原理的圖樣 它對系統(tǒng)的性能及設(shè)計方案的合理性 經(jīng)濟性具有決定性的影響 擬定系統(tǒng)原理圖包含兩項內(nèi)容 一是通過分析 對比選出合適的基本回路 二是把選出的基本回路進行有機組合 構(gòu)成完整的系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)原理圖的確定步驟 1 確定執(zhí)行元件的形式2 確定回路類型3 選擇合適回路 制訂調(diào)速控制方案 制訂壓力控制方案 制訂順序動作控制方案4 編制整機的系統(tǒng)原理圖 24 9 4元件的計算和選擇 1 動力元件的選擇執(zhí)行元件的尺寸規(guī)格及其工作壓力與流量確定后 再結(jié)合所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖 就可以對系統(tǒng)中的其它元件進行選擇或設(shè)計 首先先根據(jù)設(shè)計要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵的類型 然后根據(jù)液壓泵的最大供油量來選擇液壓泵的規(guī)格 2 閥類元件的選擇各種閥的額定壓力和額定流量 一般應(yīng)與其工作壓力和最大通過流量相接近 必要時 可允許其最大通過流量超過額定流量20 25 9 5系統(tǒng)性能驗算 1 系統(tǒng)壓力損失的計算管路總的壓力損失為 2 系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算系統(tǒng)在工作時所水泵的能量多數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能 必須控制溫升在許可范圍內(nèi) 如一般機床 數(shù)控機床 粗加工機械 工程機械和機車車輛 根據(jù)各階段的發(fā)熱量求出系統(tǒng)的平均發(fā)熱量 26 9 6繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件 1 繪制正式工作圖正式工作圖包括按國家標(biāo)準(zhǔn)繪制正規(guī)的系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)裝配圖 閥塊等非標(biāo)準(zhǔn)無 輔件的裝配圖及零件圖 系統(tǒng)原理圖中應(yīng)附有元件明細(xì)表 表中標(biāo)明各元件的規(guī)格 型號和壓力 流量調(diào)速值 一般還應(yīng)給出各執(zhí)行元件的工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表 系統(tǒng)裝配圖是系統(tǒng)布置全貌的總布置圖和管路施工圖 對液壓系統(tǒng)應(yīng)包括油箱裝配圖 液壓泵站裝配圖 集成油路塊裝配圖和管路安裝圖等 2 編制技術(shù)文件必須明確設(shè)計任務(wù)書 據(jù)此檢查 考核液壓系統(tǒng)是否達到設(shè)計要求 技術(shù)文件包括系統(tǒng)設(shè)計計算說明書 系統(tǒng)使用及維護技術(shù)說明書 零部件明細(xì)表及標(biāo)準(zhǔn)件 通用件及外購件明細(xì)表等 系統(tǒng)有關(guān)的其它注意事項 27 9 7系統(tǒng)設(shè)計計算舉例 以一臺鉆鏜兩用機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算為例 對液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算進行說明 所要設(shè)計的液壓系統(tǒng) 要8個 14mm孔的加工進給運動 其設(shè)計過程如下 1 明確系統(tǒng)設(shè)計要求該系統(tǒng)工作循環(huán)是 快速前進工作進給快速退回原位停止快進 快退速度約為4 5m min 工進速度在20 120mm min內(nèi)無級調(diào)速 最大行程為400mm 其中工進行程180mm 在進給方向最大切削力18kN 運動部件自重25kN 啟動換向時間0 05s 采用水平放置的平導(dǎo)軌 靜 動摩擦系數(shù)0 2 0 1 油缸機械效率取0 9 2 分析系統(tǒng)工況液壓缸在工作過程各階段的負(fù)載經(jīng)計算如下表 28 3 確定工作元件的工作壓力初選液壓缸的工作壓力 由于負(fù)載值大小查表 取p為3MPa 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 圓整取D 100mm 為了實現(xiàn)快進速度與快退速度相等 采用差動連接 則d 0 707D 所以d 70mm 計算液壓缸的工作壓力 流量和功率如下表 29 4 擬定系統(tǒng)原理圖5 選擇元件6 系統(tǒng)性能驗算 30